JP2005021362A

JP2005021362A - Washing and drying machine

Info

Publication number: JP2005021362A
Application number: JP2003189944A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Narita; 博文成田; Tomohiro Okawa; 友弘大川
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a washing and drying machine in which the volume of the washing and spin-drying tub is increased without changing the outer frame dimensions, wiring workability is improved, and the labor for the maintenance of the accuracy of direct current brushless motor components is saved. <P>SOLUTION: In this washing and drying machine, as an electric current sensor has replaced a magnetic pole sensor, which neither requires a position sensor for detecting the magnetic pole of a rotor any more, nor the permanent magnet section in the magnetic pole sensor of the rotor. As a result, a direct current brushless motor can be placed at a lower position. Also, since there is no magnet pole sensor, no accurate controlling is needed for the cover which is supposed to hold the magnet pole sensor, and at the same time, five weak electric wires which are supposed to be used for the magnet pole sensor are no more required. Therefore, the operability is improved, saving the labor for maintenance. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機及び洗濯乾燥機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来例を示す洗濯機の部分断面の正面図を示す。攪拌翼１、遊星歯車２、クラッチ部３、モータ部４は縦に直列に配置された構成となっている。このため、外枠６は洗濯兼脱水槽５の大きさで外形寸法が決まり、洗濯兼脱水槽５と駆動部７の高さで高さ方向の寸法が決まる構造となっている。
【０００３】
図２に駆動部７の縦断面図を示す。高さ方向は遊星歯車２、クラッチ部３及びモータ部４の高さで構成され、これらの寸法で外枠６の大きさは決まる。洗濯兼脱水槽５の容積を大きくしようとするとこれらの構成要素の寸法を変更する必要がある。しかしながら、遊星歯車２、クラッチ部３及びモータ部４は一般的に主要素部品のため共通で使用されるので、最初に仕様が決まると寸法が決まるため変更することが困難である。また、モータ部４はＤＣブラシレスモータを使用しているので回転子８に固定されている永久磁石９の極性を検出するためにホールＩＣによる位置検出のための磁極検知用センサー１０がついている。磁極検知用センサー１０はステータ１１の巻線に流す電流により生じる磁界の影響を受けない様にするため永久磁石９の長さをステータ１１の積厚２５ｍｍよりかなり長くしている。従来の実施の場合は３７ｍｍとしていた。また、洗濯兼脱水槽５と攪拌翼１とのモータ動力伝達切替えのためにクラッチ３がついているがこれらをモータ部４の中に収納するためには上側が噛合う必要があるため回転子８の磁路を構成するカップ部１２は下側に凹構造としている。このため、磁極検知用センサー１０は下側に取付ける構造となり高さ方向の寸法を増加させる要因の一つとなっていた。このため、外枠６の寸法を変えずに洗濯槽兼脱水槽５の容積を増加させようとすると、この部分を改善する必要がある。また、脱水時の洗濯機の振動は重心位置が高いほど増加するため重心位置を低くする必要があった。
【０００４】
図３は外槽１３の底部に置ける電気部品による配線について配線数の多い洗濯乾燥機を例に示す。配線数は排水バルブ１４で電源用２本と接点用１本、クラッチ１５切替え用で電源用２本と接点用２本、送風用ファンモータ１６で電源用３本、ＤＣブラシレスモータ１７で電源用３本、磁極検知用センサー１０で弱電用５本となっておりこれらの配線が外槽１３から外枠６に固定されている。外槽１３は脱水時に中に入っている洗濯物のアンバランスのため振動が大きいため外槽１３から外枠６に配線する場合は配線を束ねて配線が振動で断線しない様にする必要があり特に弱電線は細いので屈曲による曲げ応力及び張力がかからない様に弛みをつけて配線がバラバラにならないようにテープで固定するとともに弱電線が太い電源線の中に紛れ込まない様にして弱電線に余分な張力がかからない様に配線の位置を変えないでそろえる必要があり手数を要していた。ＤＣブラシレスモータにおける正弦波電流による駆動の場合、磁極検知用センサーの取付位置精度は電気角で概ね０〜±１０度以下にする必要があるため精度を高くする必要があるので、これらを構成する個々の部品精度を高くする必要があり、部品単体及び部組の管理手数を要していた。磁極検知用センサーの位置精度を上げるために、ステータケース１７にステータ１１を圧入固定の際に回転方向の位置精度を出し、磁極検知用センサー１０を取付けているステータカバー１８の磁極検知用センサー１０取付け部の精度を出すとともにステータケース１７とステータカバー１８の回転方向の位置精度を出す必要があり組合わせでの精度を上げるため部品単体の精度を大幅に上げる必要があり単体部品及び部組みの精度管理が大変であった。
【０００５】
【特許文献】
なし
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外枠の寸法を変えずに洗濯兼脱水槽の容積の増加、配線作業性の向上及びＤＣブラシレスモータ部品精度の管理手数低減を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電流センサーを使用することにより磁極検出用センサーを廃止することにより回転子の磁極を検出している位置センサーが不要になり同時に回転子の磁極検出部の永久磁石部を不要にしＤＣブラシレスモータの高さ方向の低減をした。また、磁極検知用センサーが無いため磁極検知用センサーを固定しているカバーの精度は不要となり、同時に磁極検知用センサーに使用している５本の弱電線が不要となり弱電線が無くなり配線の作業性が向上し管理手数も低減できるようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図４に本発明の一実施例である駆動部の縦断面図を示す。駆動部２０は攪拌翼に回転力を伝達するシャフト２１、遊星歯車２２、クラッチ部２３、モータシャフト２４、回転子２５で構成されている。回転子２５は凹状のカップ２６の表面に永久磁石２７が外周に固定されている。モータ部２８はステータ２９がステータケース３０に圧入固定されている。ステータケース３０にはステータカバー３１が固定されている。ステータカバー３１はステータ２９の絶縁を確保するために使用されているのでステータ２９をコイルごとに樹脂モールドすることによりステータカバー３１を廃止することにより更に高さ方向を低くすることができる。モータ部２８は磁極検知用センサーが付いていないためモータ部２８に関してはステータ２９と回転子２５の同軸度のみ管理すればよく、部品単体精度及び部組時の回転方向の精度管理を大幅に低減できる。また、磁極検知用センサーが無いため回転子２５に使用していた永久磁石２７の長さはステータ２９の巻線に流れる電流による磁界の影響を少なくするため永久磁石２７の長さをステータ２９の積厚より長くしていたが回転子２５に使用している永久磁石２７はステータ２９の積厚とほぼ同じくすることができた。
【０００９】
図８にステータの長さに対して回転子永久磁石の長さが同じ時のトルクを１００％とした時のトルクの増減をグラフに示している。これによると永久磁石の長さが１０％以上ではほぼ飽和するので有効長さは１０％増加させた長さとした。これにより本実施例では特性を低下させることなく従来例の３７ｍｍに対して２７．５ｍｍとし９．５ｍｍ低減することができた。同様に、ステータカバー３１は磁極検知用センサーを取付ける必要が無いので磁極検知用センサーで占有していた高さ分として従来例に対して１５ｍｍ低減することが出来た。
【００１０】
図５に本実施例の簡略部分回路図を示す。単相電源５０に電源スイッチ５１により開閉される。単相電源５０は整流回路５２により倍電圧の直流電源に変換される。この両端には電圧検知回路５３が入っている。直流電源は２個直列に接続された３組の計６個の半導体モジュール５４に電源を供給している。各半導体モジュールはマイコン５５を介してロジック回路５６により制御されている。ＤＣブラシレスモータ５７は整流回路５２と半導体モジュール５４との間に入れた電流センサー５８により各半導体モジュール５４の通電タイミングと電流値から回転子の磁極位置を間接的に検出することにより位置センサーを不要にした。電流センサーの入れる位置についてはＤＣブラシレスモータ５７に供給される３本の電源のうち２本に入れてもよい。なお、回転子の形態はロータがステータの内側にあるインナータイプであるがロータがステータの外側にあるアウタータイプでも同様である。
【００１１】
また、回転子に使用している永久磁石の構成は図６に示すようにカップ状のヨーク６０の外側に永久磁石６１がは固定されているいわゆる表面磁石方式と図７に示すように突起のある鉄心６２の間に永久磁石６３を固定した埋込み磁石方式がある。表面磁石方式は空隙変化に対する影響が少ないためステータと回転子の同軸度が比較的増加しても問題にならない利点がある。埋込み磁石方式はリラクタンストルクを利用できるため同じ体格であればトルク及び効率表面磁石方式より有利となるがステータと回転子の同軸度の精度を良くする必要があり本構成のビルトイン方式では組立て精度上不利であるが電流センサーによる磁極位置の推定は突極性のある埋込み磁石方式の方がし易い。両者とも誘起電圧が正弦波となるように永久磁石の形状及び鉄心部と磁石部の形状で調整している。誘起電圧における高調波含有率は０〜１５％以下になるようにしている。高調波含有率が増加するとトルク変動の要因になり騒音及び振動が大きくなり、正弦波電流による制御ができず特に逆相制動によるブレーキをかける洗濯機や洗濯乾燥機などはこの影響の問題が大きくなる。
【００１２】
【発明の効果】
磁極検知用センサーを廃止することにより磁極検出用のため使用していた回転子の永久磁石の長さを短くすることが出来、永久磁石の材料費を低減することができた。本実施例の場合３７ｍｍに対して２７．５ｍｍとなり長さで９．５ｍｍ低減し、重量で約２５％低減した。またモータカバーの高さ方向の寸法は従来磁極検知用センサーの寸法で決まっていたがステータとの絶縁距離を確保すればよいので高さ方向の寸法で約１５ｍｍ低減でき、同時に底面をその分下げることが出来るので重心位置が低くなり脱水時の振動が低減できた。また、同じ外枠寸法であれば高さ方向を高くとれるので洗濯兼脱水槽をその分大きくすることができるので洗濯容量を増加できた。また、位磁極検知用センサーが不要になることから位置精度を考慮する必要が無いため構成部品の精度管理を高くする必要がなく、これらに使用していた弱電用の配線が不要になり、細線がなくなり配線の作業性及び信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例である洗濯機の部分正面断面図を示す。
【図２】従来例である駆動部の正面断面図を示す。
【図３】従来例である外槽底部側と外枠側に置ける電気部品による配線を示す。
【図４】本実施例である駆動部の正面断面図を示す。
【図５】本実施例である外槽底部側と外枠側に置ける電気部品による配線を示す。
【図６】表面磁石方式の回転子の略図を示す。
【図７】埋込み磁石方式の回転子の略図を示す。
【図８】ステータの長さに対する永久磁石の長さのトルク変化グラフを示す。
【符号の説明】
１…攪拌翼、２，２２…遊星歯車、３，１５，２３…クラッチ部、４，２８…モータ部、５…洗濯兼脱水槽、６…外枠、７，２０…駆動部、８，２５…回転子、９，２７，６１，６３…永久磁石、１０…磁極検知用センサー、１１，２９…ステータ、１２，２６…カップ部、１３…外槽、１４…排水バルブ、１６…送風用ファンモータ、１７，５７…ＤＣブラシレスモータ、１８…ステータカバー、２１…シャフト、２４…モータシャフト、３０…ステータケース、３１…ステータカバー、５０…単相電源、５１…電源スイッチ、５２…整流回路、５３…電圧検知回路、５４…半導体モジュール、５５…マイコン、５６…ロジック回路、５８…電流センサー、６０…ヨーク、６２…鉄心。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a washing machine and a washing / drying machine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a front view of a partial cross section of a washing machine showing a conventional example. The stirring blade 1, the planetary gear 2, the clutch unit 3, and the motor unit 4 are arranged in series vertically. For this reason, the outer frame 6 has a structure in which the outer dimensions are determined by the size of the washing / dehydrating tub 5 and the height dimension is determined by the heights of the washing / dehydrating tub 5 and the drive unit 7.
[0003]
FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the drive unit 7. The height direction is constituted by the height of the planetary gear 2, the clutch part 3, and the motor part 4, and the size of the outer frame 6 is determined by these dimensions. In order to increase the volume of the washing and dewatering tub 5, it is necessary to change the dimensions of these components. However, since the planetary gear 2, the clutch unit 3, and the motor unit 4 are generally used as main component parts, they are difficult to change because the dimensions are determined when the specifications are determined first. In addition, since the motor unit 4 uses a DC brushless motor, a magnetic pole detection sensor 10 for detecting the position by the Hall IC is attached to detect the polarity of the permanent magnet 9 fixed to the rotor 8. In the magnetic pole detection sensor 10, the length of the permanent magnet 9 is made considerably longer than the thickness of 25 mm of the stator 11 so as not to be affected by the magnetic field generated by the current flowing in the winding of the stator 11. In the conventional implementation, it was 37 mm. In addition, a clutch 3 is provided for switching motor power transmission between the washing and dewatering tub 5 and the stirring blade 1, but in order to store these in the motor unit 4, the upper side needs to be engaged, so the rotor 8 The cup portion 12 constituting the magnetic path has a concave structure on the lower side. For this reason, the magnetic pole detection sensor 10 has a structure to be attached to the lower side, which is one of the factors that increase the height dimension. For this reason, if it is going to increase the volume of the washing tub and dewatering tub 5 without changing the dimension of the outer frame 6, this part needs to be improved. Further, since the vibration of the washing machine during dehydration increases as the position of the center of gravity increases, it is necessary to lower the position of the center of gravity.
[0004]
FIG. 3 shows an example of a washing / drying machine having a large number of wirings for wiring by electrical components that can be placed at the bottom of the outer tub 13. The number of wires is 2 for power supply and 1 for contact with drain valve 14, 2 for power supply and 2 for contact for clutch 15 switching, 3 for power with fan motor 16 for blower, and for power with DC brushless motor 17 Three of the magnetic pole detection sensors 10 and five of the weak electric currents are fixed to the outer frame 6 from the outer tub 13. The outer tub 13 has a large vibration due to the unbalance of the laundry contained in the dehydration. Therefore, when wiring from the outer tub 13 to the outer frame 6, it is necessary to bundle the wires so that the wiring does not break due to vibration. In particular, since the weak wires are thin, they are slackened so that bending stress and tension due to bending are not applied, and fixed with tape so that the wires do not fall apart. It was necessary to align without changing the position of the wiring so that no excessive tension was applied. In the case of driving with a sine wave current in a DC brushless motor, since the mounting position accuracy of the magnetic pole detection sensor needs to be approximately 0 to ± 10 degrees or less in electrical angle, it is necessary to increase the accuracy. It is necessary to increase the accuracy of individual parts, and the number of parts and parts management are required. In order to increase the position accuracy of the magnetic pole detection sensor, the position accuracy in the rotational direction is obtained when the stator 11 is press-fitted and fixed to the stator case 17, and the magnetic pole detection sensor 10 of the stator cover 18 to which the magnetic pole detection sensor 10 is attached. It is necessary to increase the accuracy of the mounting portion and the positional accuracy of the stator case 17 and the stator cover 18 in the rotational direction. In order to increase the accuracy of the combination, it is necessary to greatly increase the accuracy of the single component. Accuracy control was difficult.
[0005]
[Patent Literature]
None [0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to increase the volume of a washing / dehydrating tub without changing the dimensions of the outer frame, to improve wiring workability, and to reduce the management work of DC brushless motor component accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
By eliminating the magnetic pole detection sensor by using the current sensor, the position sensor for detecting the magnetic pole of the rotor becomes unnecessary, and at the same time, the permanent magnet part of the magnetic pole detection part of the rotor becomes unnecessary, and the DC brushless motor is improved. The direction was reduced. In addition, since there is no magnetic pole detection sensor, the accuracy of the cover fixing the magnetic pole detection sensor is unnecessary, and at the same time, the five weak wires used for the magnetic pole detection sensor are unnecessary, and the weak wires are eliminated and wiring work is eliminated. This improves the performance and reduces the number of management tasks.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of a drive unit according to an embodiment of the present invention. The drive unit 20 includes a shaft 21, a planetary gear 22, a clutch unit 23, a motor shaft 24, and a rotor 25 that transmit rotational force to the stirring blades. In the rotor 25, a permanent magnet 27 is fixed to the outer periphery of the concave cup 26. In the motor unit 28, a stator 29 is press-fitted and fixed to a stator case 30. A stator cover 31 is fixed to the stator case 30. Since the stator cover 31 is used to ensure insulation of the stator 29, the height direction can be further reduced by eliminating the stator cover 31 by resin-molding the stator 29 for each coil. Since the motor unit 28 does not have a magnetic pole detection sensor, it is only necessary to manage the concentricity of the stator 29 and the rotor 25 with respect to the motor unit 28, greatly reducing the accuracy of component parts and the rotational direction accuracy during assembly. it can. Further, since there is no magnetic pole detection sensor, the length of the permanent magnet 27 used for the rotor 25 is set to the length of the permanent magnet 27 to reduce the influence of the magnetic field due to the current flowing in the winding of the stator 29. The permanent magnet 27 used for the rotor 25 was longer than the stack thickness, but could be almost the same as the stack thickness of the stator 29.
[0009]
FIG. 8 is a graph showing the torque increase and decrease when the torque when the length of the rotor permanent magnet is the same as the length of the stator is 100%. According to this, since the permanent magnet is almost saturated when the length is 10% or more, the effective length is increased by 10%. As a result, in this example, without deteriorating the characteristics, it was reduced to 9.5 mm by 27.5 mm from 37 mm of the conventional example. Similarly, since there is no need to attach a magnetic pole detection sensor to the stator cover 31, the height occupied by the magnetic pole detection sensor can be reduced by 15 mm from the conventional example.
[0010]
FIG. 5 shows a simplified partial circuit diagram of this embodiment. The single phase power supply 50 is opened and closed by a power switch 51. The single-phase power supply 50 is converted into a double voltage DC power supply by a rectifier circuit 52. A voltage detection circuit 53 is inserted at both ends. The two DC power supplies supply power to a total of six semiconductor modules 54 in three sets connected in series. Each semiconductor module is controlled by a logic circuit 56 via a microcomputer 55. The DC brushless motor 57 does not require a position sensor by indirectly detecting the magnetic pole position of the rotor from the energization timing and current value of each semiconductor module 54 by a current sensor 58 placed between the rectifier circuit 52 and the semiconductor module 54. I made it. As for the position where the current sensor is inserted, two of the three power supplies supplied to the DC brushless motor 57 may be inserted. The rotor is an inner type in which the rotor is inside the stator, but the same applies to the outer type in which the rotor is outside the stator.
[0011]
Further, the permanent magnet used for the rotor is composed of a so-called surface magnet system in which a permanent magnet 61 is fixed to the outside of a cup-shaped yoke 60 as shown in FIG. 6, and a projection as shown in FIG. There is an embedded magnet system in which a permanent magnet 63 is fixed between an iron core 62. Since the surface magnet method has little influence on the air gap change, there is an advantage that it does not cause a problem even if the coaxiality of the stator and the rotor is relatively increased. Since the embedded magnet method can use reluctance torque, it is advantageous to the torque and efficiency surface magnet method if the same physique is used. However, it is necessary to improve the accuracy of the coaxiality of the stator and the rotor. Although it is disadvantageous, it is easier to estimate the magnetic pole position by the current sensor by using the embedded magnet system having saliency. In both cases, the shape of the permanent magnet and the shape of the iron core and magnet are adjusted so that the induced voltage becomes a sine wave. The harmonic content in the induced voltage is set to 0 to 15% or less. Increasing the harmonic content causes torque fluctuations, increasing noise and vibration, and cannot be controlled by sinusoidal current. Especially, washing machines and washing dryers that apply reverse-phase braking brakes are greatly affected by this effect. Become.
[0012]
【The invention's effect】
By eliminating the magnetic pole detection sensor, the length of the permanent magnet of the rotor used for detecting the magnetic pole can be shortened, and the material cost of the permanent magnet can be reduced. In the case of this example, it was 27.5 mm with respect to 37 mm, the length was reduced by 9.5 mm, and the weight was reduced by about 25%. The height of the motor cover has been determined by the size of the conventional magnetic pole detection sensor. However, since the insulation distance from the stator only needs to be secured, the height can be reduced by about 15 mm and the bottom surface is lowered accordingly. As a result, the position of the center of gravity was lowered and vibration during dehydration could be reduced. In addition, since the height direction can be increased with the same outer frame size, the washing and dewatering tub can be enlarged accordingly, so that the washing capacity can be increased. In addition, since the magnetic pole detection sensor is not required, there is no need to consider the positional accuracy, so there is no need to increase the accuracy control of the components, and the low-power wiring used for these components is no longer necessary. Wiring workability and reliability improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a partial front sectional view of a conventional washing machine.
FIG. 2 is a front cross-sectional view of a conventional drive unit.
FIG. 3 shows wiring by electrical parts that can be placed on the outer tank bottom side and the outer frame side, which is a conventional example.
FIG. 4 is a front sectional view of a drive unit according to the present embodiment.
FIG. 5 shows wiring by electrical parts that can be placed on the outer tank bottom side and the outer frame side according to the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic view of a surface magnet type rotor.
FIG. 7 shows a schematic diagram of an embedded magnet type rotor.
FIG. 8 shows a torque change graph of the length of the permanent magnet with respect to the length of the stator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stirring blade, 2,22 ... Planetary gear, 3,15,23 ... Clutch part, 4,28 ... Motor part, 5 ... Washing and dewatering tank, 6 ... Outer frame, 7,20 ... Drive part, 8, 25 ... Rotor, 9, 27, 61, 63 ... Permanent magnet, 10 ... Magnetic pole detection sensor, 11, 29 ... Stator, 12, 26 ... Cup part, 13 ... Outer tank, 14 ... Drain valve, 16 ... Blower fan Motor, 17, 57 ... DC brushless motor, 18 ... stator cover, 21 ... shaft, 24 ... motor shaft, 30 ... stator case, 31 ... stator cover, 50 ... single phase power supply, 51 ... power switch, 52 ... rectifier circuit, 53 ... Voltage detection circuit, 54 ... Semiconductor module, 55 ... Microcomputer, 56 ... Logic circuit, 58 ... Current sensor, 60 ... Yoke, 62 ... Iron core.

Claims

A stirring blade installed in an outer tub for storing washing water, a driving device for rotationally driving the washing machine / dehydration tub and the stirring blade, and a control means for controlling the driving device, wherein the driving device includes an electric motor and a planetary gear. A DC brushless motor is used as a motor for driving the agitating blade and the washing / dehydrating tub in a washing machine having a speed reduction mechanism and a clutch mechanism and selectively rotating the dewatering tub and the agitating blade, only the agitating wing and only the dehydrating tub. Used to control with sine wave drive current, use one current sensor on the DC circuit side or multiple on the motor side to eliminate the magnetic pole detection sensor, and the length of the ferrite magnet used for the rotor A washing machine and a washing / drying machine characterized by being approximately equal to the thickness of the stator.

2. The washing machine and the washing dryer according to claim 1, wherein the DC brushless motor for driving comprises a permanent magnet constituting a rotor by a surface magnet system and has a sinusoidal induced voltage.

2. The washing machine and the washing dryer according to claim 1, wherein the DC brushless motor for driving comprises a permanent magnet constituting a rotor in an embedded magnet system and has a sinusoidal induced voltage.